本發(fā)明屬于水凝膠，具體涉及一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、水凝膠是由大量的水和三維的聚合物網(wǎng)絡(luò)組成，具有適合可調(diào)的力學(xué)性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如藥物傳送、穿戴電子設(shè)備、環(huán)境保護(hù)等。水凝膠通常有天然水凝膠和合成水凝膠之分，天然水凝膠通常是由天然的高分子材料制備的，如海藻酸鈉、殼聚糖等。這類(lèi)水凝膠具有良好的生物相容性，但是強(qiáng)度通常較低，因此應(yīng)用范圍較窄。而合成水凝膠通常是由合成的高分子材料制備的，如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等。這類(lèi)水凝膠可以通過(guò)引入額外的結(jié)構(gòu)和交聯(lián)機(jī)制，制備出高強(qiáng)度的水凝膠。

2、聚乙烯醇(polyvinyl?alcohol，pva)是一種化學(xué)穩(wěn)定、無(wú)毒、生物相容性好、可降解性、易加工的高分子材料，被廣泛用于水凝膠的研究和制備。對(duì)于純的pva水凝膠，由于缺少交聯(lián)機(jī)制和能量損耗機(jī)制，pva水凝膠的機(jī)械性能和彈性較差。

3、目前為了獲得堅(jiān)韌且具有良好彈性的pva水凝膠，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種方法。fang等人通過(guò)將4-羧基苯甲醛(cba)接枝到pva上，然后在乙醇和水中連續(xù)透析來(lái)制備了pva-cba水凝膠。原位形成的動(dòng)態(tài)疏水域解決了水凝膠高強(qiáng)度和良好自修復(fù)能力之間的矛盾，由于氫鍵的存在，疏水域可以可逆地?cái)嗔押椭亟M，使斷裂的水凝膠在室溫下快速有效地自修復(fù)，恢復(fù)其原有的機(jī)械強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在純pva水凝膠機(jī)型性能差等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠及其制備方法，該制備方法是在pva中引入含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子，如10，12-二十五二炔酸(10,12-pentacosadiynoic?acid，pcda)、10，12-二十三碳二炔酸(10,12-tricosadiynoic?acid，tcda)等，通過(guò)氫鍵等分子間作用力，增加pva的交聯(lián)密度，從而使制備得到的水凝膠具有較好的機(jī)械性能，并且由于含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子能夠響應(yīng)與紫外光照，可聚合形成聚丁二炔分子(polydiacetylene，pda)，形成具有三鍵和雙鍵相互交替的共軛結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步得到新的增強(qiáng)型水凝膠。由于pda的光學(xué)性質(zhì)能夠被外部刺激所改變，因此通過(guò)紫外光照得到的水凝膠能夠相應(yīng)于外部刺激，產(chǎn)生獨(dú)特的光學(xué)信號(hào)的變化。

2、本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠的制備方法，具體包括如下步驟：

4、步驟一：基于含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子的囊泡的制備；

5、將具有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子在氯仿溶液中溶解，使用氮?dú)饬髡舭l(fā)溶劑，加入去離子水，并且在一定溫度的水下超聲，隨后在一定溫度下保持一定時(shí)間，得到基于含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子的聚集體溶液，之后將基于含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子的聚集體溶液通過(guò)0.45μm針式過(guò)濾器過(guò)濾除去大顆粒聚集體，得到基于含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子的囊泡溶液；

6、步驟二：pva-cba的制備；

7、按照一定比例稱(chēng)取pva及對(duì)cba，加入溶劑中溶解，然后在乙醇中沉淀，最后使用四氫呋喃洗滌，洗滌完畢后放入真空干燥箱烘干，得到pva-cba；

8、步驟三：pva-cba-丁二炔分子水凝膠的制備；

9、將步驟二制備的pva-cba在去離子水中溶解，然后將步驟一制備的基于含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子的囊泡溶液加入到pva-cba的水溶液中，常溫下攪拌5h，倒入聚四氟乙烯模具中，最后在40℃下干燥5-9天，得到pva-cba-丁二炔分子水凝膠。

10、進(jìn)一步地，步驟一中，所述含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子為10，12-二十五二炔酸(10,12-pentacosadiynoic?acid，pcda)或10，12-二十三碳二炔酸(10,12-tricosadiynoic?acid，tcda)。

11、進(jìn)一步地，步驟一中，水下超聲的溫度范圍為75℃，并在4℃下保持12h。

12、進(jìn)一步地，步驟二中，所述pva與cba的摩爾比為40:1。

13、進(jìn)一步地，步驟二中，所述溶劑為二甲基亞砜及鹽酸的混合溶液。

14、進(jìn)一步地，步驟三中，所述pva-cba與基于含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子的囊泡溶液的摩爾比為400:1。

15、進(jìn)一步地，步驟三中，所述pva-cba在85℃下攪拌溶解。

16、進(jìn)一步地，所述方法還包括：

17、將制備得到的pva-cba-丁二炔分子水凝膠在254nm的紫外光照射一定時(shí)間，聚合形成pva-cba-聚丁二炔分子水凝膠。

18、進(jìn)一步地，所述一定時(shí)間為30min。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

20、本發(fā)明的一種增強(qiáng)型pva水凝膠及其制備方法，在pva中引入含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子，以氫鍵等分子間作用力，增加pva的交聯(lián)密度，從而使制備得到的水凝膠具有較好的機(jī)械性能，并且由于含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子能夠響應(yīng)與紫外光照，可聚合形成pda，形成具有三鍵和雙鍵相互交替的共軛結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步得到新的增強(qiáng)型水凝膠。

技術(shù)特征：

1.一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠的制備方法，具體包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子為10，12-二十五二炔酸或10，12-二十三碳二炔酸。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠的制備方法，其特征在于，步驟一中，水下超聲的溫度范圍為75℃，并在4℃下保持12h。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述pva與cba的摩爾比為40:1。

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述溶劑為二甲基亞砜及鹽酸的混合溶液。

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述pva-cba與基于含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子的囊泡溶液的摩爾比為400:1。

7.如權(quán)利要求1所述的一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠的制備方法，其特征在于，所述pva-cba在85℃下攪拌溶解。

8.如權(quán)利要求1所述的一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠的制備方法，其特征在于，所述方法還包括：

9.如權(quán)利要求1所述的一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠的制備方法，其特征在于，所述一定時(shí)間為30min。

10.一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠，其特征在于，由權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光聚合聚丁二炔分子的機(jī)械性能增強(qiáng)型水凝膠及其制備方法，屬于水凝膠技術(shù)領(lǐng)域，包括：步驟一：基于含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子的囊泡的制備；步驟二：PVA?CBA的制備；步驟三：PVA?CBA?丁二炔分子水凝膠的制備；該制備方法是在PVA中引入含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子，通過(guò)氫鍵等分子間作用力，增加PVA的交聯(lián)密度，從而使制備得到的水凝膠具有較好的機(jī)械性能，并且由于含有丁二炔結(jié)構(gòu)的分子能夠響應(yīng)與紫外光照，可聚合形成聚丁二炔分子，形成具有三鍵和雙鍵相互交替的共軛結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步得到新的增強(qiáng)型水凝膠。由于聚合之后的PDA的光學(xué)性質(zhì)能夠被外部刺激所改變，因此通過(guò)紫外光照得到的水凝膠能夠相應(yīng)于外部刺激，產(chǎn)生獨(dú)特的光學(xué)信號(hào)的變化。

技術(shù)研發(fā)人員：崔春植,李藝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：延邊大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10